井处理方法和系统的制作方法
【专利摘要】一种井处理方法，其包括：抽取溶剂到第一泵(24)，抽取润湿液到第二泵(16)，并使用第二泵(16)泵送润湿液通过聚合物混合器(20)，将聚合物与润湿液合并以生成含有未溶聚合物的浆料，将该浆料与第一泵(24)上游的溶剂合并。另一种井处理方法，其包括：在将润湿液与聚合物合并之前通过在润湿液中提供缓冲剂(30)来增加聚合物的溶解时间。一种井处理系统，其包括具有混合回路的聚合物混合子系统，该混合回路具有离开第一泵进料管道的混合回路入口管道和返回第一泵进料管道的混合回路出口管道，混合回路出口管道包括聚合物混合器(20)。
【专利说明】井处理方法和系统
[0001]相关申请数据
[0002]根据35U.S.C.§ 119，本申请要求于2011年3月10日提交的美国临时申请号61/451，212、题为“井处理方法和系统”的优先权，其全部内容在此引用作为参考。
[0003]发明背景
[0004]在此所描述的实施方案主要涉及井处理方法和系统。
[0005]在石油和天然气行业中，使用各种已知方法对延伸到地层中的井进行处理。油和气井处理包括完井、采出增产、流体损失控制及水采出控制。用于完成这些处理的技术中的各种材料中包括凝胶。
[0006]压裂增产可用来提高如较低质量储量的井中烃的产量。已知的措施包括在地层中形成井筒，并在井筒中插入井套管。在井套管的区段进行穿孔以允许处于高压的压裂液开始流动，然后在每个压裂阶段在地层中扩展裂缝，同时压裂液携带的支撑剂进入并固定在裂缝中。增粘剂例如凝胶，可辅助压裂液携带的支撑剂进行悬浮以减少支撑剂流入裂缝前的沉降。凝胶也可提供其他好处。
[0007]已知的用于生产压裂或其他处理流体中使用的凝胶的聚合物包括天然聚合物，例如瓜尔胶、黄原胶和羟乙基纤维素(HEC)，及化学改性的瓜尔胶衍生物，包括羟丙基瓜尔胶(HPG)、羧甲基羟丙基瓜尔胶(CMHPG)和羧甲基瓜尔胶(CMG)。用于井处理的天然聚合物通常以固体形式获得，例如粉末或薄片。固体聚合物在溶剂中溶解以生成凝胶。对于水溶性聚合物，固体溶解可涉及在作为溶剂的水中的水合作用。聚合物能以适当的聚合物与载体流体的比例与载体流体进行合并，以获得所需的凝胶性质。尽管已知其他流体，但载体流体通常是水基流体。
`[0008]在已知井处理方法中制备凝胶时需要大量能量和空间以用于溶解聚合物。因此，井处理方法和系统的进一步改进会是有益的。
[0009]发明概述
[0010]一种井处理方法，包括从第一液体源抽取溶剂到第一泵，从第二液体源抽取润湿液到与第一泵分开的第二泵，并使用第二泵泵送润湿液通过聚合物混合器。从聚合物进料器提供聚合物到聚合物混合器，并在其中与润湿液合并以生成含有未溶聚合物的浆料。所述方法包括将所述浆料与第一泵上游的溶剂合并，并使用第一泵泵送合并的浆料和溶剂到凝胶储存器。溶解聚合物以生成凝胶，所述凝胶用于井处理过程。
[0011]另一井处理方法，包括从第一液体源抽取溶剂到第一泵，从第二液体源抽取润湿液到与所述第一泵分开的第二泵，并使用第二泵泵送润湿液通过聚合物混合器。从聚合物进料器提供聚合物到聚合物混合器，并在其中与润湿液合并以生成含有未溶聚合物的浆料。所述方法包括在将润湿液与聚合物合并之前通过在润湿液中提供缓冲剂来增加聚合物的溶解时间，将浆料与溶剂合并，和使用第一泵泵送合并的浆料和溶剂到凝胶储存器。溶解聚合物以生成凝胶，所述凝胶用于井处理过程。
[0012]一种井处理系统，包括聚合物混合子系统，该聚合物混合子系统具有第一泵、到第一泵的进料管道、离开第一泵的排出管道及混合回路。混合回路包括与第一泵分开的第二泵、从第一泵进料管道到第二泵的混合回路入口管道、从第二泵返回第一泵进料管道的混合回路出口管道，混合回路出口管道包括聚合物混合器。所述系统包括聚合物进料器、流量计和过程控制装置，其中该聚合物进料器配置为向聚合物混合器提供聚合物，该流量计位于第一泵排出管道中或位于混合回路出口管道与第一泵之间的第一泵进料管道中，过程控制装置可操作地将由聚合物进料器提供的聚合物进料速率与由流量计测定的流速联系起来。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为根据一个实施方案的井处理系统的部分的工艺流程图。
[0014]图2为根据另一实施方案的井处理系统的部分的工艺流程图。
[0015]尽管公开内容允许各种变型和替代形式，但在附图中通过实施例示出具体实施方案，并将在此详细描述。然而，应该理解的是，公开内容并不限于所公开的特定形式。相反，其意图是包括由所附权利要求包括的全部变型、等同形式和替代方案。
[0016]发明详述
[0017]在井处理方法中，为了减少由固体聚合物制备液体聚合物所消耗的能量和利用的空间，固体聚合物能以仅足以获得含有溶剂和未溶聚合物的可泵送浆料的浓度在溶剂中分散。尽管溶剂体积可能不足以充分溶解聚合物，但是取决于聚合物的性质，可选择溶剂体积以足以使聚合物在溶剂中分散。此后，可在溶解所需的完全量的溶剂中进行溶解，以获得将要使用或以浓缩形式储存以备随后稀释的浓度。
[0018]在这种多级过程中，固体聚合物可在溶剂中快速分散，以避免聚合物颗粒团聚(例如“鱼眼”)，同时与已知方法相比，减少能量消耗和工艺设备的尺寸。可快速进行初始的分散和随后的稀释使得浆料和随后合并的浆料和溶剂表现出与单独的溶剂大致相同的物理性质。浆料性质基本上不受才刚开始溶解(或在溶剂是水的情况下才刚开始水合)的聚合物影响。
[0019]根据一个实施方案，井处理方法包括从第一液体源抽取溶剂到第一泵，和从第二液体源抽取润湿液到与第一泵分开的第二泵。所述方法包括使用第二泵泵送润湿液通过聚合物混合器。从聚合物进料器提供聚合物到聚合物混合器，并在其中与润湿液合并以获得含有未溶聚合物的浆料。所述方法包括浆料与第一泵上游侧的溶剂合并，并使用第一泵，泵送合并的浆料和溶剂到凝胶储存器。聚合物进行溶解以生成凝胶，所述凝胶用于井处理过程。
[0020]举例来说，第一液体源和第二液体源可为相同的液体源，或者不同。无论哪种情况，液体源均可包括一个水箱。因此，溶剂可包括水，由此聚合物的溶解包括聚合物的水合作用。可以想到的是，润湿液可以是烃，如矿物油或柴油，用以形成浆料。当用于溶解聚合物的溶剂是水或者当溶剂是醇或烃时，可以使用烃润湿液。聚合物可包括固体，如粉末或薄片，不过可以想到的是，在这里这些实施方案可用于将液体聚合物稀释到所需浓度。可能的聚合物包括瓜尔胶、瓜尔胶衍生物、黄原胶、羟乙基纤维素、羟丙基瓜尔胶(HPG)、羧甲基羟丙基瓜尔胶(CMHPG)、羧甲基瓜尔胶(CMG)和它们的组合。
[0021]所述方法可进一步包括测定合并的浆料和溶剂的流速，然后基于流速调整聚合物的进料速率或基于聚合物进料速率调整流速。即，在一个控制方案中，选择合并的浆料和溶剂的流速，然后调整聚合物进料速率以在合并的浆料和溶剂中提供所需的聚合物浓度。在另一控制方案中，聚合物进料速率与聚合物进入井中的所需加载速率相适应，然后调整合并的浆料和溶剂流速以提供所需的聚合物浓度。如果聚合物的量和润湿液的量能够完成溶剂化，则可以以分别不足以生成可泵送材料的量提供聚合物和润湿液。也就是说，如果尽可能多的提供润湿液与聚合物进行溶剂化，那么合并物将是不可泵送的。然后，用溶剂稀释合并的聚合物和润湿液。
[0022]在另一实施方案中，井处理方法包括从第一液体源抽取第一溶剂到第一泵，和从第二液体源抽取润湿液到与第一泵分开的第二泵。所述方法包括使用第二泵将润湿液泵送通过聚合物混合器。从聚合物进料器提供聚合物到聚合物混合器，并在其中与润湿液合并以获得含有未溶聚合物的浆料。所述方法包括在将润湿液与聚合物合并之前通过在润湿液中提供缓冲剂以增加聚合物的溶解时间。将浆料和溶剂合并，并使用第一泵将其泵送到凝胶储存器。聚合物溶解以生成凝胶，所述凝胶用于井处理过程。举例来说，所述方法还可进一步包括通过在合并的浆料和溶剂中提供另外的缓冲剂以减少聚合物的溶解时间。
[0023]虽然在将浆料和溶剂进一步合并之前聚合物和润湿液的快速合并足以提供充分的分散，但可通过使用缓冲剂，增加工艺窗口的长度。使用已知的用于含水体系的缓冲剂，通过提高PH值至9或更高以延缓聚合物的水合。因此，在将润湿液和聚合物合并前，在润湿液中提供缓冲剂可延长工艺窗口，在工艺窗口期间可将聚合物和湿润液在聚合物混合器中合并，其后在浆料性质转变为明显不同于溶剂单独的性质之前，与溶剂进行合并。
[0024]通常，已知方法具有加速水合以减少水合凝胶的保持时间并允许更大的过程响应的目的。因此，有意延缓水合可能是违反直觉的。如果在分散过程中使用缓冲剂延缓水合，或者即使不用，那么之后可使用另外的缓冲剂通过降低PH值至7或更小以加速水合。像这样在使用缓冲剂增加溶解时间后再使用缓冲剂减少溶解时间，可以抵消减少溶解时间的缺点，同时仍然增加合并聚合物和润湿液的工艺窗口的长度。以这种方式，可降低形成团聚物的可能性。
[0025]在另一实施方案中，井处理方法包括使用抽吸泵，从液体源泵送水合液体通过抽吸管道到抽吸泵，和从抽吸泵通过排出管道到凝胶储存器。使用与抽吸泵分开的推进泵，从抽吸泵的抽吸管道泵送部分液体作为润湿液，通过混合回路入口管道到推进泵，和从推进泵通过混合回路出口管道返回到抽吸泵抽吸管道。
[0026]所述方法包括从聚合物进料器提供聚合物到混合回路出口管道中的聚合物混合器，在此将润湿液和聚合物混合，以获得含有未水合聚合物的浆料。所述浆料流经混合回路出口管道进入抽吸泵抽吸管道中的水合液体，和使用抽吸泵将合并的浆料和水合液体泵送到凝胶储存器。所述方法包括在抽吸泵排出管道中或在混合回路出口管道和抽吸泵之间的抽吸泵抽吸管道中使用流量计，测定合并浆料和水合液体的流速。使用可操作地连接到聚合物进料器和抽吸泵的过程控制装置，以基于流率调整聚合物的进料速率或基于聚合物进料速率调整流速。使聚合物水合以生成凝胶，所述凝胶用于井处理过程。
[0027]举例来说，可在抽吸泵排出管道上选择流量计。尽管可使用各种流量计，但是在抽吸泵的吸入侧或排出侧，可使用磁力流量计或其他不引起显著压力降的流量计。然而，由于引起压力降，通常在抽吸泵的排出侧使用涡轮或孔板流量计。如果聚合物的量和润湿液的量能够完成水合，则可以以分别不足以使聚合物完全水合的量提供聚合物和润湿液。[0028]图1示出井处理系统10的工艺流程图，该井处理系统10包括水箱12、凝胶罐28和包括其他部件的聚合物混合子系统。聚合物混合子系统包括抽吸泵24，抽吸泵24连接到水箱12的抽吸管道，和抽吸泵24连接到凝胶罐28的排出管道。聚合物混合子系统还包括混合回路。混合回路又包括推进泵16，从抽吸泵抽吸管道到推进泵16的混合回路入口管道，从推进泵16返回到抽吸泵抽吸管道的混合回路出口管道。混合回路出口管道包括聚合物混合器20。设置聚合物混合子系统的聚合物进料器18以向聚合物混合器20提供聚合物。聚合物混合子系统还包括在抽吸泵排出管道上的流量计26，和过程控制装置(未示出)，其可操作地将由聚合物进料器18提供的聚合物供料速率与由流量计26测定的流速联系起来。
[0029]正如从在此描述中可理解的，可使用井处理系统10通过聚合物与来自水箱12的水进行水合来有效地生成凝胶。井处理系统10也可适于使用其他溶剂。出于维护或其他目的，聚合物混合子系统包括隔离阀14和隔离阀22以隔离混合回路。在此描述的井处理方法的实施方案可在井处理系统10中实施。因此，井处理系统10的聚合物混合子系统还包括用以提高PH值的缓冲液添加端口 30和用以降低pH值的缓冲液添加端口 32。从而缓冲液添加端口 30/32允许对井处理系统10中的聚合物水合速度进行控制。
[0030]图2示出井处理系统40的工艺流程图。在井处理系统40中也包括图1中所示井处理系统10的所有组件。然而，抽吸泵24和流量计26的位置改到混合回路入口管道到推进泵16的上游位置。随着这种变化，提供背压阀42以在低流速下产生稳定的流量。于2008年10月30日公布的美国专利公布2008/0264641，在其图5中描述了类似的工艺流程图。作为比较，在此描述了一些将润湿液/聚合物浆料与第一泵(如抽吸泵24)上游侧的溶剂进行合并的实施方案。所述方法的这些特征并未在图2的井处理系统40中实施，这是因为混合回路的入口管道和出口管道位于抽吸泵24的下游侧。然而，在此描述的其他实施方案可在井处理系统40中实施。例如，可在井处理系统40中实施通过在润湿液中提供缓冲剂以增加聚合物溶解时间的方法。
[0031]在井处理系统10的操作中，推进泵16能以固定速率(每分钟转速(rpm))运行。聚合物混合器20在混合回路中提供固定的阻力，因此，混合回路能以由推进泵16提供的固定的润湿流体流速和压力运行。抽吸泵24能以可变速率(rpm)进行操作，以调整通过流量计26测定的、到凝胶罐28的流速。然后基于流经流量计26的浆料和水的流速，调整由聚合物进料器18提供的聚合物流速。由于润湿液流速恒定和聚合物流速可变，因此浆料中的聚合物浓度变化，但在与流速受控的水合液体(水)合并后提供所需的浓度。凝胶罐28可提供适当的停留时间以进行完全水合，和获得所需的凝胶粘度以在井处理过程中用作增粘剂。
[0032]可在聚合物混合器20中使用已知的混合技术，例如旋转剪切装置、高剪切喷射器或具有高剪切头的开放容器。相应的例子包括可从位于英国Chesham的Silverson获得的FLASHMIX FMX,可从位于美国得克萨斯州休斯敦的Compatible Component Corporation获得的AZ MIXING EDUCT0R,可从位于美国纽约州 Hauppauge 的Charles Ross & Son Company获得的 High Speed Disperser。
[0033]在井处理系统40的操作中，与井处理系统10的操作相比，具有一些差异。例如，通过以固定压力运行聚合物混合器20可在浆料变化性减少方面获得工艺稳定性优点。井处理系统10允许聚合物混合器20在比可在井处理系统40中安排的更剧烈的过程控制方案中以固定压力进行操作。在系统40中，可以改变推进泵16的运行速率(rpm)以适应推进泵16从中抽取供料的抽吸泵24排出管道中的压力波动。然而，在系统10中，即使当运行速率(rpm)根据所需流速发生变化时，在抽吸泵24的抽吸管道中的压力如果发生变化，变化也要小得多。由于推进泵16从井处理系统10的抽吸管道中抽取其供料，对推进泵16的控制可简化为推进泵16基本上以固定速率运行，以向聚合物混合器20提供固定的压力。
[0034]在另一实施方案中，井处理系统包括聚合物混合子系统。所述子系统包括第一泵，到第一泵的进料管道，以及离开所述第一泵的排出管道。混合回路包括与第一泵分开的第二泵，从第一泵进料管道到第二泵的混合回路入口管道，从第二泵返回第一泵进料管道的混合回路出口管道。混合回路出口管道包括聚合物混合器。所述子系统包括配置用来向聚合物混合器提供聚合物的聚合物进料器，和位于第一泵的排出管道中或位于混合回路出口管道与第一泵之间的第一泵进料管道中的流量计。过程控制装置可操作地将由聚合物进料器提供的聚合物供料速率与由流量计测定的流速联系起来。
[0035]举例来说，井处理系统可包括连接到聚合物混合子系统进料管道的液体源和连接到聚合物混合子系统排出管道的凝胶储存器。因此，聚合物混合子系统可被安装在可移动平台上，如与水槽和凝胶罐连接后易于重新安置和重新调配的滑道。
[0036]虽然已经示出和描述了各种实施方案，但本发明并不局限于此，并且应理解为包括所有的这些修改和变化，这对于本领域技术人员将是显而易见的。
[0037]图1和图2的附图标记表
[0038]10聚合物混合子系统
[0039]12 水箱
[0040]14 隔离阀
[0041]16推进泵
[0042]18聚合物进料器
[0043]20聚合物混合器
[0044]22隔离阀
[0045]24抽吸泵
[0046]26流量计
[0047]28凝胶罐
[0048]30缓冲液添加端口
[0049]32缓冲液添加端口
[0050]40聚合物混合子系统
[0051]42背压阀
【权利要求】
1.一种井处理方法，其包括: 从第一液体源抽取溶剂到第一泵； 从第二液体源抽取润湿液到与第一泵分开的第二泵，并使用第二泵泵送润湿液通过聚合物混合器； 从聚合物进料器提供聚合物到聚合物混合器，并在聚合物混合器中将润湿液与聚合物合并以生成含有未溶聚合物的浆料； 将该浆料与第一泵上游的溶剂合并，并使用第一泵泵送合并的浆料和溶剂到凝胶储存器；和 溶解聚合物以生成凝胶，并在井处理过程中使用该凝胶。
2.权利要求1的方法，其中第一液体源和第二液体源是相同的液体源，并且它们包括水箱。
3.权利要求1的方法，其中溶剂包括水。
4.权利要求1的方法，其中聚合物包括固体。
5.权利要求1的方法，其中聚合物包括瓜尔胶、瓜尔胶衍生物、黄原胶、羟乙基纤维素、羟丙基瓜尔胶(HPG)、羧甲基羟丙基瓜尔胶(CMHPG)、羧甲基瓜尔胶(CMG)和它们的组合。
6.权利要求1的方法，还包括测定合并的浆料和溶剂的流速，并基于该流速调整聚合物进料速率或基于聚合物进料速率调整该流速。
7.权利要求1的方法，其中第 一泵是抽吸泵，第二泵是推进泵。
8.权利要求1的方法，还包括在将润湿液与聚合物合并之前通过在润湿液中提供缓冲剂来增加聚合物的溶解时间。
9.权利要求1的方法，还包括通过在合并的浆料和溶剂中提供缓冲剂来减少聚合物的溶解时间。
10.权利要求1的方法，其中如果聚合物的量和润湿液的量能够完成溶剂化，则以分别不足以生成可泵送材料的量提供聚合物和润湿液。
11.一种井处理方法，其包括: 从第一液体源抽取溶剂到第一泵； 从第二液体源抽取润湿液到与第一泵分开的第二泵，并使用第二泵泵送润湿液通过聚合物混合器； 从聚合物进料器提供聚合物到聚合物混合器，并在聚合物混合器中将润湿液与聚合物合并以生成含有未溶聚合物的浆料； 在将润湿液与聚合物合并之前通过在润湿液中提供缓冲剂来增加聚合物的溶解时间； 将该浆料与溶剂合并，并使用第一泵泵送合并的浆料和溶剂到凝胶储存器；和 溶解聚合物以生成凝胶，并在井处理过程中使用该凝胶。
12.权利要求11的方法，还包括通过在合并的浆料和溶剂中提供另外的缓冲剂来减少聚合物的溶解时间。
13.—种井处理方法,其包括: 使用抽吸泵从液体源泵送水合液体通过抽吸管道到抽吸泵，和从抽吸泵通过排出管道到凝胶储存器；使用与抽吸泵分开的推进泵，从抽吸泵抽吸管道泵送部分液体作为润湿液通过混合回路入口管道到推进泵，和从推进泵通过混合回路出口管道返回到抽吸泵抽吸管道； 从聚合物进料器提供聚合物到混合回路出口管道中的聚合物混合器，在聚合物混合器中将润湿液与聚合物混合以生成含有未水合聚合物的浆料， 使该浆料通过混合回路出口管道流入在抽吸泵抽吸管道中的水合液体，并使用抽吸泵泵送合并的浆料和水合液体到凝胶储存器， 使用位于抽吸泵排出管道中或位于混合回路出口管道与抽吸泵之间的抽吸泵抽吸管道中的流量计，测定合并的浆料和水合液体的流速； 使用可操作地连接到聚合物进料器和抽吸泵的过程控制装置，基于该流速调整聚合物进料速率或基于聚合物进料速率调整该流速； 使聚合物水合以生成凝胶，并在井处理过程中使用该凝胶。
14.权利要求13的方法，其中流量计位于抽吸泵排出管道中。
15.权利要求13的方法，还包括在将润湿液与聚合物混合之前通过在润湿液中提供缓冲剂来增加聚合物的水合时间，然后通过在合并的浆料和水合液体中提供另外的缓冲剂来减少聚合物的水合时间。
16.权利要求13的方法，其中如果聚合物的量和润湿液的量能够完成水合，则以分别不足以使聚合物完全水合的量提供聚合物和润湿液。
17.—种包括聚合物混合子系统的井处理系统，该聚合物混合子系统包括: 第一泵、到第一泵的进料管道和离开第一泵的排出管道； 混合回路，该混合回路包括与第一泵分开的第二泵、从第一泵进料管道到第二泵的混合回路入口管道、从第二泵返回第一泵进料管道的混合回路出口管道，混合回路出口管道包括聚合物混合器； 聚合物进料器，该聚合物进料器配置为向聚合物混合器提供聚合物； 流量计，该流量计位于第一泵排出管道中或位于混合回路出口管道与第一泵之间的第一泵进料管道中；以及 过程控制装置，该过程控制装置可操作地将由聚合物进料器提供的聚合物进料速率与由流量计测定的流速联系起来。
18.权利要求17的系统，其中井处理系统包括连接到聚合物混合子系统进料管道的液体源，和连接到聚合物混合子系统排出管道的凝胶储存器。
19.权利要求17的系统，其中过程控制装置配置为基于流速调整聚合物进料速率，或配置为基于聚合物进料速率调整流速。
20.权利要求17的系统，还包括位于混合回路出口管道中的缓冲剂添加装置，和位于混合回路进口管道与第一泵之间的第一泵进料管道中或位于第一泵排出管道中的另外的缓冲剂添加装置。
21.权利要求17的系统，其中聚合物混合子系统安装在可移动平台上。
【文档编号】B01F5/04GK103492664SQ201280012503
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年2月23日 优先权日:2011年3月10日
【发明者】J·L·温斯特恩, R·S·维勒 申请人:贝克休斯公司